專利名稱：一種雙層膜超導整流器件的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種基于載流子濃度調控超導轉變溫度的超導整流器件制備方法，具體是指在外場作用下，控制La1.8Sr0.2Cu04/LaL 9Sr0. AuO4雙層膜結構中載流子濃度遷移，進而改變了雙層薄膜超導轉變溫度，實現整流特性的超導器件的制備工藝。
背景技術：
超導材料由于其具有電阻為零的優點，在能源緊張的今天受到越來越多人的關注，微型化器件的出現促使了薄膜材料的研究，能夠將超導薄膜應用到更多的微電子器件這一目標吸引了越來越多的科研工作者對超導薄膜的研究。在對超導材料塊體的研究過程中，人們也逐漸的認識到薄膜材料在實際應用中的優勢，尤其是將超導薄膜材料應用于電子器件。高溫超導薄膜可以在很多器件中得到應用，如紅外探測器，場效應器件，微波器件
坐寸οLa2^xSrxCuO4(LSCO)系列超導體，其超導轉變溫度隨載流子濃度的變化可以在很寬的范圍內調控，這一特點對超導體物理機制的研究及在器件中的應用都是非常重要的。以下發明是基于電場對載流子濃度調控，進而改變超導轉變溫度的機制，設計了一種新的器件模型。利用脈沖激光沉積技術，制備了具有La1.8Sr0.2Cu04/LaL 9Sr0. AuO4雙層薄膜器件。并對器件進行了測試，通過施加正反向電場，雙層膜結構的整體超導轉變溫度發生變化，同時表現出整流行為。該器件具有安全、環保、體積小、結構牢固等優點，具有很大的應用前景。
發明內容
本發明的目的是提供一種全物理的可重復性強的超導器件的制備工藝。在本發明中，器件模型LauSra2CuCVLah9Sra1CuO4雙層薄膜結構是利用脈沖激光沉積技術制備的。 器件的特性是在低溫下實現整流功能。本發明是通過下述技術方案得以實現的一種雙層膜超導整流器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟(I)首先采用單面拋光的SrTiO3(OOl)為襯底，并超聲清洗干凈，自然晾干；(2)利用脈沖激光沉積技術，在PLD球型脈沖激光沉積鍍膜系統中，沉積氣氛為O2，依次將具有兩種成分分別沉積到SrTiO3的拋光面上制備雙層薄膜；靶材分別為 LauSra2CuO4和LauSraiCuO4 ;本發明中的PLD脈沖激光鍍膜是一種常規的薄膜沉積技術， 在工業生產和科學研究實驗室中已經被廣泛的應用于各種薄膜的制備，在行業內為普通技術人員所認識，對于雙層薄膜的厚度則為滿足一般的使用即可，而沉積的時間與薄膜的厚度等有關工藝，都是行業內的常識。(3)然后將雙層薄膜的一半保護起來，采用HNO3溶液，腐蝕上層薄膜，使產品表面形成兩種不同成分薄膜的臺階結構。作為優選，上述一種雙層膜超導整流器件的制備方法的步驟(2)中用脈沖激光沉積鍍膜系統制備薄膜時，參數激光能量為700mJ-900mJ，襯底溫度為630°C _670°C，靶基距為50mm-60mm。作為更佳選擇，步驟(2)中用脈沖激光沉積鍍膜系統制備薄膜時，參數激光能量為800mJ，襯底溫度為650°C，靶基距為55mm，本發明內的參數條件選擇是經多次實驗所得出的結果，相對于其它條件，具有更好的效果。作為優選，上述一種雙層膜超導整流器件的制備方法的步驟(2)中的沉積速率為 5nm/min。作為優選，上述一種雙層膜超導整流器件的制備方法的步驟(2)中形成 La1 9Sr0 !CuO4ZLa1 8Sr0 2Cu04超導雙層膜,上層與下層薄膜厚度相差100nm-130nm,下層薄膜比上層薄膜的厚度大。作為優選，上述一種雙層膜超導整流器件的制備方法的步驟(3)中的HNO3溶液是質量濃度為O. 5%的HNO3溶液，腐蝕時間為40min以內。有益效果本發明的優點是⑴本發明在制備過程中，采用脈沖激光沉積技術制備超導雙層薄膜器件，對環境無污染現象、實驗過程穩定。沉積速率高，工藝參數任意調節， 對靶材的種類沒有限制；(2)對器件測試，施加外加電場后，可以有效調控雙層膜的超導轉變溫度，并表現出一定的整流特性。
圖I為本發明所形成的器件結構示意圖；圖2為本發明跨層測量的超導雙層膜薄膜器件I-V曲線。
具體實施例方式以下結合實例進一步說明本發明實施例I對于本實施例，(I)首先采用單面拋光的SrTiO3(OOl)為襯底，并超聲清洗干凈， 自然晾干；(2)利用脈沖激光沉積技術，在PLD球型脈沖激光沉積鍍膜系統中，沉積氣氛為O2，依次將具有兩種成分分別沉積到SrTiO3的拋光面上制備雙層薄膜；靶材分別為 LauSra2CuOjPLah9Sra1CuO4 ； (3)然后將雙層薄膜的一半保護起來，采用質量濃度為O. 4% 的HNO3溶液，腐蝕上層薄膜，使產品表面形成兩種不同成分薄膜的臺階結構；其中，上述脈沖激光沉積鍍膜系統制備薄膜時，參數激光能量為700，襯底溫度為640°C，靶基距為50 ;形成La1.9Sra JCuO4ZLa1 8Sra2Cu04超導雙層I旲，上層與下層薄I旲厚度相差100，上層薄I旲比下層薄膜的厚度大，形成結構如圖I所示。最后用低溫電學測量系統進行測量。測試結果表明該器件在低溫下具有很好的整流特性，如圖2所示。實施例2根據實施例I相同的方法，將襯底SrTO3(OOl)超聲清洗干凈，自然晾干。根據最優沉積條件，利用脈沖激光沉積鍍膜系統，激光能量約為800mJ，沉積速率約為5nm/min，制備 La1.9SrQ. ACVLauSra2CuO4超導雙層膜，上下層薄膜厚度相差130nm。然后將雙層膜樣品的一半保護起來，放入質量濃度為O. 5%的HNO3溶液中進行腐蝕40min，在產品表面形成兩種不同成分的薄膜臺階。最后用低溫電學測量系統進行測量。測試結果與實例I類似，該器件在低溫下也具有很好的整流特性。
權利要求
1.一種雙層膜超導整流器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)首先采用單面拋光的單晶SrTiO3(OOl)為襯底，并超聲清洗干凈，自然晾干；(2)利用脈沖激光沉積技術，在PLD球型脈沖激光沉積鍍膜系統中，沉積氣氛為02，依次將具有兩種成分的超導薄膜分別沉積到SrTiO3的拋光面上制備成雙層薄膜結構；靶材分別為=Lah8Sra2CuO4 和 Lah9SraiCuO4 ；(3)然后將雙層薄膜的一半保護起來，采用HNO3溶液，腐蝕上層薄膜，使產品表面形成兩種不同成分薄膜的臺階結構。
2.根據權利要求I所述的一種雙層膜超導整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中用脈沖激光沉積鍍膜系統制備薄膜時，參數激光能量為700mJ-900mJ，襯底溫度為 6300C _670°C，靶基距為 50mm-60mm。
3.根據權利要求2所述的一種雙層膜超導整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中用脈沖激光沉積鍍膜系統制備薄膜時，參數激光能量為800mJ，襯底溫度為650°C， 革巴基距為55mm。
4.根據權利要求I所述的一種雙層膜超導整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的沉積速率為5nm/min。
5.根據權利要求I所述的一種雙層膜超導整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟⑵中形成Lah9SraiCu(VLah8Sra2CuC)4超導雙層膜，上層與下層薄膜厚度相差 100nm-130nm,上層薄膜比下層薄膜的厚度大。
6.根據權利要求I所述的一種雙層膜超導整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟⑶中的HNO3溶液是質量濃度為O. 5%的HNO3溶液，腐蝕時間為40min以內。
全文摘要
本發明公開了一種基于載流子濃度調控超導轉變溫度機理的超導薄膜整流器件，具體是指一種以La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4雙層膜為模型的超導器件的制備和測試。本發明是先用脈沖激光沉積鍍膜系統制備雙層薄膜，然后采用稀釋的濃HNO3溶液腐蝕上層薄膜制備器件，在低溫下測量器件的物理特性，測試結果表明該器件具有很好的整流特性。本發明的優越性基于載流子濃度調控超導轉變溫度的機理，通過施加電場，可以有效調控雙層膜的超導轉變溫度，并表現出很好的整流特性，這種器件是基于超導體系中的新的物理機制構建的器件，并在超導狀態下工作，在電子信息領域有很大的應用前景。
文檔編號C23C14/28GK102586740SQ20121004618
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月27日 優先權日2012年2月27日
發明者劉仁娟, 唐為華, 崔燦, 張媛, 李培剛, 沈靜琴 申請人:浙江理工大學